金属线和电线的制作方法
【专利摘要】本发明提供了已经充分提高了强度和延展性的高强度和高延展性的一种金属电缆和一种金属线。至少通过进行单轴拉伸金属材料(2)的拉伸加工来制造金属电缆(1)。金属电缆(1)在垂直于截面的轴向上具有硬度从中心部朝着特定径向上的特定周边部减小的硬度分布，有助于软化的周边部的拉伸加工、使破裂等最小化、并且提高拉伸强度和延展性。
【专利说明】
金属线和电线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属线和一种电线，而且涉及至少经受使金属材料在轴向上延伸的拉伸加工而制造的金属线和包括一个以上该金属线的电线。
【背景技术】
[0002]传统地，已经使用导电金属线(单元线)作为电线等的材料，并且已知拉伸加工作为金属线的制造方法，在该拉伸加工中，使金属材料在轴向上伸展的同时通过模具延伸以变细(例如，参见专利文献I)。专利文献I描述了使导电材料经受一般的拉伸加工并且延伸、其后进行使导电材料弯曲的弯曲加工(二次加工)的制造方法。通过这样的弯曲得到的单元线由于包含在导体中的晶粒变为细小的等轴粒而具有提高的机械强度。
[0003]引用列表
[0004]专利文献
[0005]专利文献I JP-A-2008-218176
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]然而，通过如在专利文献I中描述的传统的制造方法得到的金属线具有充足的机械强度，但是其延展性的提高仍不足。从而，需要开发具有更加提高的延展性的金属线。
[0008]本发明意在提供具有充分提高的机械强度及充分提高的延展性的高机械强度及高延展性的金属线和电线。
[0009]解决问题的方案
[0010]为了实现上述目的，本申请的发明人已经发现了金属线在垂直于轴的截面中的硬度分布与金属线的延展性之间的较强相互关系，并且通过对其赋予适当的硬度分布能够实现具有高机械强度和高延展性的金属线。
[0011]根据本发明的第一方面，一种金属线，该金属线具有硬度从垂直于轴的截面的中央部朝着特定径向上的特定周边部减小的硬度分布，其中，至少通过使得金属材料经受在轴向上的延伸来制造所述金属线。
[0012]在本发明的第一方面中，优选地，在从所述中心超过半径的至少1/2的周面侧处，所述特定周边部的硬度减小了所述中央部的硬度的10%以上。
[0013]在本发明的第一方面中，优选地，在径向上关于所述中央部与所述特定周边部相反的相反周边部的硬度落入所述中央部的所述硬度的正负10%以内，并且所述相反周边部的所述硬度比所述特定周边部的所述硬度高。
[0014]在本发明的第一方面中，优选地，在所述延伸之后，所述周边部在所述径向上的所述硬度比所述中央部的所述硬度高，并且通过在所述延伸之后进行的二次加工，所述特定周边部的所述硬度变得比所述中央部的所述硬度小。
[0015]在本发明的第一方面中，优选地，在所述二次加工之后的所述中央部的所述硬度比在所述二次加工之前的所述中央部的所述硬度高，并且在所述二次加工之后的所述特定周边部的所述硬度相对于在所述二次加工之前的所述特定周边部的所述硬度减小了 10%以上。
[0016]根据本发明的第二方面，一种电线，该电线包括一个以上的本发明的第一方面的金属线。
[0017]发明的有益效果
[0018]根据本发明的第一方面，通过具有硬度从径向上的中央部朝着特定周边部减小的硬度分布，能够实现延展性的极大提高。这里，特定周边部可以是在垂直于轴的截面中的周向上的限定区域(例如，具有大致30至90度中心角的扇形)，可以是比以上区域宽的区域(例如，30至180度)，或者可以是大致整周的区域。与本发明的这样的金属线相比，仅进行一般拉伸加工的传统的金属线具有周边部的硬度比中央部的硬度高的硬度分布。因此，在传统的金属线中，虽然能够实现机械强度的提高，但是因为其高硬度的周边部易于变脆而不能实现充足的延展性。相比之下，本发明的金属线，通过具有周边部的硬度比中央部的硬度小的硬度分布，软化的周边部变得表现出良好的可展性和高的抗裂性，从而实现了延展性的提闻。
[0019]根据本发明的优选方面，在从中心部超过半径的至少1/2的周面侧处，特定周边部的硬度相对于中央部的硬度减小了 10%以上。即，由于硬度等于或小于中央部的硬度的90%，所以特定径向上的过半范围能够是特定周边部，并且利用软化的周边部能够更确实地实现金属线的延展性的提高。
[0020]根据本发明的优选方面，通过包括硬度落入中央部的硬度的正负10%以内并且硬度高于特定周边部的相反周边部，并且通过具有在特定周边部侧与相对于中央部的相反周边部侧之间表现出不均匀硬度的硬度分布，即，硬度分布在垂直于轴的截面中关于中心轴不对称，能够使金属线的机械强度与延展性良好平衡地提高。
[0021 ] 根据本发明的优选方面，通过使拉伸加工之后的在径向上的周边部的硬度比中央部的硬度高的金属材料经受二次加工，能够通过特别软化经通过拉伸加工而硬化的周边部之中的特定周边部来实现延展性的提高。
[0022]根据本发明的优选方面，通过进行二次加工以提高中央部的硬度并且使特定周边部的硬度从二次加工之前的硬度减小10%以上，能够实现金属线的机械强度和延展性的提闻。
[0023]根据本发明的优选方面，由于电线由如上所述的提高了延展性的金属线构成，所以当制造电线时能够防止金属线破裂。特别地，当利用通过绞合多个金属线制成的绞合线构成电线时，由于在绞合的同时防止破裂，所以能够提高金属线的生产效率和产量，使得能够降低制造成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是根据本发明的一个实施例的金属线的制造方法的截面图。
[0025]图2A是具体说明该金属线的制造方法的视图。
[0026]图2B是具体说明该金属线的制造方法的视图。
[0027]图3是示出该金属线的机械特性(机械强度应变)的线图。
[0028]图4A是示出该金属线的硬度比的线图。
[0029]图4B是示出该金属线的硬度比的线图。
[0030]参考标记列表
[0031]I金属线
[0032]2金属材料
【具体实施方式】
[0033]将参考图1至图4B描述根据本发明的一个实施例的金属线。本实施例的金属线I用作电线的单元线。关于电线，可以例示出诸如:由覆盖有电绝缘被覆的单个金属线I制成的单线，通过将多个金属线I绞合而制成并且覆盖有电绝缘被覆的绞合线，以及用于同轴电缆、屏蔽电缆等的编织线。这样的电线用作连接于安装在汽车上的电子器件之间的线束、或用作连接于蓄电池和发动机的电力线。像这样，电线的应用不受特别限制。并且，对于金属线1，可以例示出诸如:铜、由铜合金制成的退火铜线、镀锡铜线或镀镍铜线、以及由铝或铝合金制成的铝线或铝合金线等。
[0034]通过使金属材料2经受作为一次加工的和作为接下来加工的弯曲加工，由该金属材料2制造金属线I。首先，在拉伸加工中，通过使用多个模具3 (在该实施例中是三个)，使金属材料2能够贯穿具有逐渐减小的内径的模具并从而在轴向(由图中的箭头X所示的方向)上伸展。多个模具3中的每个模具都包括成形孔4，该成形孔4使得金属材料2能够贯穿该成形孔4 ;成形孔4适于包括:圆锥状的大直径部4A，该圆锥状的大直径部4A在延伸方向上的上游侧开口 ；和筒状的小直径部4B，该筒状的小直径部4B在延伸方向上的下游侧开口。
[0035]接着，在弯曲加工中，在利用弯曲伸展模具5和图中未示出并位于弯曲伸展模具5的下游侧的拉伸装置在轴向上伸展金属材料2的同时，在金属材料2的中间部以比较小的弯曲半径弯曲该金属材料2，从而使金属材料2进一步伸展。弯曲伸展模具适于包括:插入孔6，该插入孔6以大致直角在内部弯曲；和进料辊7，该进料辊7布置在插入孔6的弯曲部的内侧。插入孔6适于包括:收纳部6A，该收纳部6A在延伸方向上的上游侧(图1中的左侦D开口，并且收纳金属材料2;和送出部6B，该送出部6B朝着伸展方向上的下游侧(图1中的上侧)开口，并且送出金属材料2 (金属线I);收纳部6A和送出部6B布置成以大致90度交叉。
[0036]进料辊7适于布置在收纳部6A与送出部6B的交叉部处，并且形成为具有与金属材料2的弯曲半径(内径)“r”相应的直径，如图2A所示；通过未示出的作为驱动装置的电机能够旋转地驱动进料辊7。进料辊7通过辅助位于弯曲伸展模具5的下游侧的拉伸单元而在轴向上将金属材料2送出。S卩，进料辊7将摩擦力施加于金属材料2的周面上的弯曲部的内周面2A。另一方面，朝着送出方向的摩擦力不施加到金属材料2的弯曲部的外周面2B上，同时由于弯曲引起的张力施加到外周面2B。从而，关于利用弯曲伸展模具5弯曲并延伸的金属材料2的截面内的应力σ，沿着内周面2A的应力01的轴向的应力滞后与沿着外周面2Β的应力σ ο的轴向的应力滞后互相不同。
[0037]将参考图2Β所示的概念图具体描述金属材料2的截面内的应力滞后。这里，在图2Β中，在垂直轴的正侧示出拉伸应力，并且在垂直轴的负侧示出压缩应力。首先，除弯曲加工的压缩力外，还通过进料辊7的摩擦力，内周面2A的应力σ i在压缩侧处显示出一次应力的大值。此后，利用拉伸单元伸展而朝着拉伸侧逐渐增加的这种应力滞后施加到内周面2A。另一方面，虽然外周面2B的应力σο曾经由于弯曲加工而朝着拉伸侧增大，但是随后，由于通过插入孔6的送出部6B直线伸展而在逐渐减小的同时一直位于拉伸侧的这种应力滞后施加到外周面2B。
[0038]将参考图3、图4A和图4B描述如上所述加工的金属线I的拉伸强度和截面内的硬度分布的测量结果。这里，在图3中，线图中示出拉伸强度与应变之间的关系，加工之前的金属材料2对应于虚线，拉伸之后且弯曲之前的金属材料2对应于细实线，并且拉伸加工之后且弯曲加工之后的金属线I对应于粗实线。如图3所示，与在加工之前的金属材料2(虚线)相比，观察到金属材料2(细实线)在拉伸加工之后的拉伸强度的值和金属线I在弯曲加工之后的拉伸强度的值都大幅度增加。并且，与金属材料2在拉伸加工之后的机械强度相比，虽然金属线I在弯曲加工之后的机械强度减小了大致10%，但是断裂应力增加了大致30%。从而，与机械强度的减小相比，观察到实现了延展性的提高。这里，金属线I具有晶粒尺寸在Iym以下的超细金相组织，从而实现了高的拉伸强度。从而，观察到即使在弯曲加工之后，晶粒尺寸也不改变太多。
[0039]接着，图4A和图4B中的线图示出了金属材料2 (在图中是菱形)在拉伸加工之后且在弯曲加工之前以及金属线I (在图中是四边形)在弯曲加工之后的截面内的硬度分布。在图4A和图4B中，图中的水平轴表示金属材料2和金属线I的径向上的位置，图中的垂直轴表示硬度比。此外，在图4A和图4B中，在每个线图的右侧示出内周面2A侧的硬度比，并且在每个线图的左侧示出外周面2B侧的硬度比。这里，本发明的特定径向相当于连接内周面2A与外周面2B的径向，该径向是指朝着内周面2A的径向。即，特定周边部相当于内周面2A侧的周边部。此外，图4A的图中示出的硬度比表示由各个位置处测量的硬度值并利用一个硬度值基准化所得到的值。图4B的线图中所示的硬度比表示从金属线I在弯曲加工之后(二次加工之后)各个位置处测量并且利用拉伸加工之后且弯曲加工之前(二次加工之前)的金属材料2在各个相应位置处的硬度值标准化所得到的值。
[0040]首先，参考图4A所示的图，拉伸加工之后(二次加工之前)的金属材料2的硬度分布示出硬度从截面的中央部(线图的水平轴的中心)朝着径向的两侧逐渐增加，并且示出在超过半径的一半的距离的周边部中的硬度的最大值；该硬度分布示出关于截面的中心左右对称的形状，并且示出在除了中央部之外的周边部中的较硬的值。另一方面，弯曲加工之后(二次加工之后)的金属线I的硬度分布示出在截面的中央部中的硬度的最大值，并且示出朝着内周面2A侧(特定径向上的特定周边部侧，线图的右侧)向下的减小硬度值。在硬度朝着外周面2B侧(特定径向上的相反的周边部侧，线图的左侧)逐渐减小的同时，硬度分布没有显示出大的减小，并且示出关于截面的中心左右非对称的形状。特别地，观察到在二次加工之后的金属线I的内周面2A侧(特定周边部侧)，示出了相对于位于半径的一半距离处的中央部的硬度减小10%以上的硬度以及相对于周面部(图的右缘)中的中央部的硬度减小20%以上的硬度。另一方面，在外周面2B侧(相反的周边部侧)，理解为其中的硬度落入相对于中央部的硬度的正负10%以内。
[0041]接着，在图4B的图中，比较二次加工之后的硬度与二次加工之前的硬度，观察到在截面的中央部，硬度表现出增加了大致10%，而在内周面2A(特定周边部侧)，在半径的1/2位置处，硬度表现出减小了大致10% (弯曲加工之前与弯曲加工之后的硬度比变为大致90% )，并且在内周面2A侧的周边处，硬度表现出减小大致20% (弯曲加工之前与弯曲加工之后的硬度比变为大致80% )。另一方面，在外周面2B侧(相反的周边部侧)，理解为没有观察到硬度的重大改变，并且硬度的减小落入硬度减小的大致5%以内(弯曲加工之前与弯曲加工之后的硬度比落入大致95% -105% )。鉴于以上，已经确定的是:通过利用前述的进料辊7的弯曲加工，硬度在特定径向上的特定周边部侧与相反的周边部侧之间的显示出剧烈改变，从而在抑制拉伸强度减小的同时实现了断裂应力的重大提高，并且得到了已实现延展性提高的金属线I。因此，通过由高延展性的金属线I制造电线，能够避免金属线I的断裂。特别地，当由绞合线制造电线时，由于避免了在绞合期间发生的断裂，所以能够在提高电线和生产效率和产量的同时减小制造成本。
[0042]描述前述优选实施例以帮助理解本发明，并且本领域技术人员能够在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种变化。
[0043]例如，上述实施例的金属线I不限于利用多个模具3通过拉伸加工(一次加工)以及利用弯曲伸展模具5和进料辊7的弯曲加工(二次加工)来制造。即，拉伸加工可以不限于使用多个模具3的拉伸加工，利用具有连续插入孔的拉伸加工装置使金属材料2在轴向上延伸的拉伸加工也是可以的。此外，二次加工可以不限于弯曲加工，并且可以是使拉伸加工之后的金属材料2线性伸展的加工、或者可以是在使拉伸加工之后的金属材料2延伸的同时绞合的加工。此外，可以通过使用适当的热处理(例如，退火)来减小特定周边部的硬度。此外，构成本发明的金属线的材料可以不限于前述的铜、铜合金、铝和铝合金。除了非晶态金属之外的具有晶体结构的材料也是可以的。特别地，具有晶粒尺寸等于或小于Iym的超细金相组织是优选的。而且，金属线的材料可以由单一元素或多个元素构成，其中可以包括添加元素，或者金属线的材料可以具有通过第二相析出等而形成的金相组织。
【权利要求】
1.一种金属线，该金属线具有硬度从垂直于轴的截面的中央部朝着特定径向上的特定周边部减小的硬度分布，其中，至少通过使得金属材料经受在轴向上的延伸来制造所述金属线。
2.根据权利要求1所述的金属线，其中，在从所述中心超过半径的至少1/2的周面侧处，所述特定周边部的硬度减小了所述中央部的硬度的10%以上。
3.根据权利要求1或2所述的金属线，其中，在径向上关于所述中央部与所述特定周边部相反的相反周边部的硬度落入所述中央部的所述硬度的正负10%以内，并且所述相反周边部的所述硬度比所述特定周边部的所述硬度高。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的金属线，其中，在所述延伸之后，所述周边部在所述径向上的所述硬度比所述中央部的所述硬度高，并且通过在所述延伸之后进行的二次加工，所述特定周边部的所述硬度变得比所述中央部的所述硬度小。
5.根据权利要求4所述的金属线，其中，在所述二次加工之后的所述中央部的所述硬度比在所述二次加工之前的所述中央部的所述硬度高，并且在所述二次加工之后的所述特定周边部的所述硬度相对于在所述二次加工之前的所述特定周边部的所述硬度减小了10%以上。
6.一种电线，该电线包括一个以上的根据权利要求1至5中的任意一项所述的金属线。
【文档编号】C22F1/04GK104335292SQ201380018164
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】德富淳一郎, 花崎健一, 柳本润 申请人:矢崎总业株式会社, 国立大学法人东京大学